KIP-Veröffentlichungen

FPGA-basierteHardware-Beschleunigung von Lokalisations-Mikroskopie - Entwicklung einesHardware-kompatiblen Algorithmus zurDatenauswertung von Lokalisations-Mikroskopie und Implementierung von diesem auf einer FPGA-Karte Diese Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung und die Implementierung eines Algorithmus zur Beschleunigung der Auswertung vonDaten aus der Lokalisations-Mikroskopie.

Das Ziel ist es diese Auswertung in Echtzeit zu realisieren. Dies bedeutet die Lokalisations-Daten in derselben Zeit zu berechnen, welche für die Aufnahme der Bilder benötigt wird. Für die Beschleunigung der Berechnungen auf den Lokalisations-Aufnahmen sollen FPGAs eingesetzt werden.
Die Idee der Lokalisations-Mikroskopie existiert bereits seit Mitte der 1990er Jahre. Diese neuartige Technik bietet eine Möglichkeit um licht-mikroskopische Aufnahmen von biologischen Proben mit gesteigerter optischer Auflösung zu analysieren. Obwohl die Lokalisations-Mikroskopie großartige neue Erkenntnisse in der Biologie und Medizin verspricht, findet sie nur sehr vereinzelt Anwendung. Eine mögliche Ursache dafür ist sicherlich die lange Auswertungsdauer, bis schließlich das hochauflösende Bild erstellt werden kann. Eine Beschleunigung dieses Prozesses würde eine weitere Verbreitung der Lokalisations-Mikroskopie begünstigen und die Anwendbarkeit deutlich verbessern.
Der Algorithmus wird zunächst in Matlab entwickelt. Mit einer Monte-Carlo Simulation soll dann die Leistungsfähigkeit bestimmt werden und die Ergebnisse anschließend mit den bereits verfügbaren
Methoden verglichen werden. Anschließend wird der neue Algorithmus in Hardware übersetzt. Dafür wird eine besondere grafische Entwicklungs-Umgebung der Firma Silicon Software aus Mannheim verwendet. ImAnschluss wird die Geschwindigkeit des entwickelten Algorithmus bestimmt.

FPGA-Based Hardware Acceleration of Localization Microscopy - Development of
a hardware-compatible algorithm for processing localization-microscopy-data and
implementation of this on an FPGA card
This diploma thesis describes the development and the implementation of an algorithm for acceleration of data processing from localization microscopy. The aim is to realize data processing in real time, which means to calculate the localization data within the same time that is required for acquisition of the images. In order to achieve high computation speed FPGAs are applied.
The idea of localization microscopy exists since the 1990s. This new technique provides the possibility to analyze images from light microscopy of biological samples with improved optical resolution.
Although this technique promises great new findings in biology or medicine, it is rarely used. One of the reasons for this certainly is the high processing duration until the final high resolution image can be generated. An acceleration of this process would support the spread of the localization microscopy and strongly improve its practicability.
The algorithm is initially developed in the programming platform Matlab. Its performance is evaluated using aMonte-Carlo simulation and the results are compared to already existing methods. Afterwards, the new algorithm is translated to hardware using a special graphical development environment of Silicon Software. Finally, the execution speed of the developed algorithm is determined.